JP2618261B2 - フラックス入リワイヤの製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は溶接に使用されるフラックス入りワイヤの製
造方法に係り、特に線材から圧延した帯鋼をフラックス
入りワイヤのさや材として使用するフラックス入りワイ
ヤ製造方法に関するものである。

（従来の技術） 一般に自動、半自動溶接に使用されるフラックス入り
ワイヤは0.01〜0.1wt％Ｃ程度の低炭素鋼を熱間または
冷間圧延した広幅の帯鋼を目的に合った幅にスリット
し、この帯鋼を幅方向に溝状から管状に成形する途中ま
たは管状に成形した後、その内側空所に合金材、脱酸
材、スラグ形成材、アーク安定材、ガス発生材および鉄
粉などからなる溶接用フラックスを充填し、目的の寸法
まで伸線加工することによって製造している。

さらに、この様な帯鋼を管状に成形した両端部の合せ
目は製造中のフラックスの漏出、表面処理および製造後
の処理、錆など溶接用ワイヤとしての性能を損なうので
合せ目の間隙を小さくしたり、合せ目を種々の接合方法
例えば高周波、アーク、TIG,プラズマ,MIG,MAGなどの溶
接方法を用いて接合して製造する技術も近年種々開発さ
れている。

広幅の帯鋼を目的に応じた幅にスリットしてフラック
ス入りワイヤのさや材に使用することは少品種で多量に
生産される軟鋼、50キロ級鋼クラスのフラックス入りワ
イの製造には能率も上りコストも安くできるメリットが
あり、現在はほとんどこの方法で占められている。通
常、溶接用フラックス入りワイヤのさや部はワイヤ重量
の90〜70％を占めているので、さや材成分のフラックス
入りワイヤ成分に及ぼす影響は大きい。

そこでさや材は極力合金成分の低い低炭素鋼などを使
用し、フラックス入りワイヤの性能を決定づける脱酸、
合金、スラグ材など各種成分の調整はワイヤ全重量の10
〜30％の充填フラックスによって行っている。しかし、
特に溶接金属のわれ性能、機械的性質などに影響を及ぼ
すP,Sなどの不純成分レベルはワイヤ全重量の90〜70％
を占めるさや材により決定してしまう。

しかも、広幅の帯鋼は主にリムド鋼から圧延して得る
ためP,Sなど不純物の多いコア部と不純物の少ないリム
部が幅方向に広がっている。従ってこれを長さ方向にス
リットしたさや材用帯鋼の間にはインゴットのリム、コ
アと同様の範囲で不純物のばらつきがランダムにあらわ
れることが知られている。この様なばらつきは連続鋳造
技術で製造した帯鋼でも圧延され偏析帯が幅方向に広が
るため避けることができない。

また、一般の熱間および冷間みがき帯鋼の成分はJIS
で参考値として規格化されているが成分範囲が広く現状
ではフラックス入りワイヤのさや材として適合する成分
のものを選択して使用するため、安定入手が困難であ
る。

更に低温靭性を要求される低温鋼および耐割れ性を要
求される高張力鋼、耐熱鋼、耐候性鋼およびステンレス
鋼などより高品位のフラックス入りワイヤのさや材とし
ては、JISで規格化されている以外の成分が必要とな
り、成分量もより厳密にコントロールする必要があり、
一般の広幅帯鋼から選択使用することはより困難とな
る。

一方、目的に応じてスリットしたフラックス入りワイ
ヤさや材用帯鋼の幅は普通15mm前後で多量に巻取ると搬
送中コイルが崩れるため、100kg程度の小重量としなけ
ればならない。そのためフラックス入りワイヤ製造時帯
鋼を頻繁に接合することになり設備の稼働率を低下させ
るという問題もある。

上記問題を解決する手段として被覆アーク溶接棒用線
材を使用する方法がある。線材は鋼塊を長さ方向に伸長
したもので断面方向にリム、コア部の偏析は内在する
が、長さ方向の成分変動は緩慢でほぼ均質となってい
る。そのためレードル分析値が線材成分をほぼ代表して
おり品質管理面でも利点がある。これは線材を使用して
いる溶接材料、すなわち溶接棒、潜弧溶接ワイヤおよび
ガスシールド溶接用鋼ワイヤが広く普及している一因で
もある。

線材を圧延して帯材を製造する技術は昭和13年頃から
文献、資料などで見受けられ、傘の骨、ホッチキスの針
などで代表されるように種々実施されている。さらにフ
ラックス入りワイヤのさや材として使用する技術は特公
昭50−16746号公報および特許第1042293号などで公知で
ある。本発明者らは、より高品質で性能の安定したフラ
ックス入りワイヤを製造するため長さ方向に成分変動の
少なく、管理容易な溶接材料用線材をさや材として有効
に使用するため種々検討を行った結果、前述技術は単に
線材を圧延するよりは効率的であるが、さらに種々成分
のさや材を使用して高品質の各種径のフラックス入りワ
イヤを効率よく製造しようとした場合、次のような問題
のあることが分った。

（発明が解決しようとする課題） フラックス入りワイヤを精度よくかつ高能率に製造し
ようとした場合、加工度増加による硬化断線を考慮しな
ければ極力大きなサイズの帯鋼を溝状または管状に成形
し、溶接用フラックスを充填し、高速で所要径まで伸線
した方が有利である。

しかし、従来の線材圧延では一般に素線の直径Ｄと圧
延後の帯材幅ｗと厚さｔの間に2D＝（ｗ＋ｔ）（0.9〜
1.1）の関係が知られている。例えば幅40mm、厚さ2mmの
帯材を得るには第２図（ｂ）に示す様に幅広がり比が小
さいため約21mm径の素線が必要となる。これから総減面
率は約77％となることから、長さ方向に４倍強引伸ばさ
れるが幅は素線径の２倍弱としかならない事が分る。従
って成形後のフラックス入りワイヤ径は素線径21mmより
かなり小な13mm径前後となり効率的でない。

また、素線径が大となるので目的寸法を得るまでの加
工度が大となる。圧延の様な塑性加工の場合、加工度は
重要なファクタである。特に線材を通常の方法で圧延し
帯材とする場合、線材の化学成分にもよるが、圧下率や
圧延回数が不適当であると帯材に加工中でも幅中央に縦
われや両端部に微小な割れを生じる事がある。これは線
材の最も厚い中央部の塑性変形量が両端部より大とな
り、長さ方向の伸びが両端部より大となる。従って中央
部では両端部から幅方向へ引張られ、両端部では長さ方
向へ引伸される様な歪が生じる。そのため１回の圧下率
が大き過ぎると中央に縦割れが発生し易く、圧延回数が
あまり多いと両端部に横割れが発生し易くなる。

この様な状態にある通常のＬ方向のみによる圧延で得
られた帯材をフラックス入りワイヤのさや材として使用
した場合、溝形または管状に成形中、もしくは伸線中に
さや材の幅中央部に縦割れが発生したり、過大に引伸さ
れたさや材の両端部に発生した横割れを起点とした断線
を引き起し易いということが分った。

この様な現象は線材を圧入してさや材としてフラック
ス入りワイヤを製造する前述発明による方法によっても
同様で極端な場合は縦割れや、断線が発生することが分
った。

本発明は上記問題、すなわち溶接材料用線材を圧延し
てフラックス入りワイヤさや材として用いた場合に生じ
る縦割れ、横割れおよび伸線時の断線を防止し、より高
品質で安定した溶接用フラックス入りワイヤを効率的に
製造し、提供することを目的としたものである。

（課題を解決するための手段 そこでこれらの課題を解決するため種々研究を行った
結果、線材を帯状に圧延する際に従来、線材の長さ方向
と平行にのみ圧延（以後Ｌ方向圧延）していたのを、例
えば第３図に示すような方法で長さ方向と交差する方向
に圧延（以後Ｃ方向圧延）すれば第２図（ａ）に示すよ
うに長さ方向の伸びが抑えられ、帯幅方向の伸びが得ら
れるため目的寸法の帯鋼を得るための素線径を小さく取
れ、総圧下率を小さくできるという知見を得た。さら
に、Ｃ方向の圧延では中央部と両端部の伸びの差がほと
んど生じないので１回の圧下率を大きく取ることができ
るという利点のあることも分った。本発明はこれらの知
見をフラックス入りワイヤさや材として溶接材料用線材
を使用した製造法と組合せることにより、より高品質で
安定した溶接用フラックス入りワイヤを効率的に製造す
ることに成功したものである。

発明の構成は（１）直径１〜20mmの溶接材料用線材を
多段圧延して得られた帯鋼を幅方向に溝形に成形し、そ
の内側に溶接用フラックスを充填した後、管状に成形
し、目的の径まで伸線加工して得られる溶接用フラック
ス入りワイヤの製造方法において、 （２）直径１〜20mmの溶接材料用線材を多段圧延して得
られた帯鋼を幅方向に管状に成形し、その内側空所に溶
接用フラックスを充填した後、目的の径まで伸線加工し
て得られる溶接用フラックス入りワイヤの製造方法にお
いて、 前記（１）、（２）の帯鋼は、素線が所要角だけ正逆
運動するＣ方向圧延ロールとＣ方向圧延ロールの動きに
合せて欠円ロールにより間欠的に送入されることによ
り、Ｃ方向圧延ロールの右、左に移動しながら連続的に
線材の長さ方向と交差する方向に１回以上圧延され、最
終圧延後の帯鋼の厚さに対する幅の比が下式の範囲であ
ることを特徴とする。

８≦W/t≦50 ここで W:圧延後の帯鋼の幅（mm） t:圧延後の帯鋼の厚さ（mm） とする。

（作用） 第１図は本発明をおこなうためのフラックス入りワイ
ヤ製造装置の１例を示したものである。

以下、本発明の構成を第１図に基づき詳細に説明す
る。

先づ、溶接材料用原線は通常熱間伸線されたものであ
るため線径の変動があるので、通常所要径より３〜20％
太径の線材コイルを入手し、供給スタンド１より供給
し、伸線機２で所要径に冷間で整径伸線を行なう。この
段階の線材を素線と呼ぶ。次いで線材の長さ方向とロー
ル軸を平行に配置した圧延ロールを持つＣ方向圧延機５
により線材の長さ方向と交差するように帯状に圧延す
る。

Ｃ方向圧延方法および装置としては第３図に例示した
様に基本的には素線送り方向と平行に軸を配置したＣ方
向圧延ロール12と非圧延時に所定長さ素線11を間欠的に
Ｃ方向圧延ロールに送り込む欠円ロール13で構成されて
いる。素線は所要角だけ正逆運動するＣ方向圧延ロール
とＣ方向圧延ロールの動きに合せて欠円ロールにより間
欠的に送入されることにより、Ｃ方向圧延ロールの右、
左に移動しながら連続的に圧延される。素線径が小さ
く、w/t比の小さい場合はＬ方向のみ圧延の様な問題が
ないので圧下率を大きく取れるので１回Ｃ方向圧延する
だけでも目的の形状に近い寸法まで圧延することが出来
るが、通常は２回,4回でＣ方向圧延する、更に必要に応
じてパス数を増して圧延することもできる。公知技術と
しては特公昭58−3761号公報，特開昭57−14438号公報
および特公昭62−45007号公報などがあり、既に実用化
されているものもある。

特公昭58−3761号公報の技術は丸線または角線からリ
ボン線を製造するに際し、絞り性を向上させる目的で線
材の送り方向と平行に圧延ロール軸を配し、所定角だけ
正逆回転させ、かつ送入すべき素材を圧延ロールの回転
と同期させながら左右に動かさせると共に比圧延時に間
欠的に送入するようにしてＣ方向の圧延を連続して行う
方法である。

特公昭62−47007号公報の技術は同一出願人による前
記技術を改良したもので、素材送入方向と直角に往復平
行移動しつつ正逆回転する圧延ロールと固定したアンビ
ル間で線材を左右動させることなく連続的にＣ方向圧延
する装置が開示されている。本願では前述した方法、装
置と組合せてフラックス入りワイヤ用さや材を製造しよ
うとするものであるが、この目的に沿うＣ方向圧延技術
であれば全く異なった方法、装置でも組合せて製造する
ことができる。

Ｃ方向圧延時はＬ方向の移動はほとんどないので、こ
の前後でＬ方向に連続的に動いている伸線、圧延成形機
との速度調整のためダンシングロール３を配置してい
る。引続きＬ方向圧延装置および成形装置６で帯材の厚
さ、幅の精度を出すため通常のＬ方向の圧延を行った
後、フラックスの充填に都合の良い溝形に成形し、この
溝部にフラックスホッパ７より供給されたフラックスを
充填する。

充填後成形装置８で管状に成形、伸線する。さらに伸
線機９で所要径まで伸線し、巻取機10で巻取る。必要に
応じて別工程で熱処理、表面処理後、スプールまたはコ
イル状にユーザの使用できる形に巻替え、包装を行って
製品とする。

ところで原線が冷間伸線材であったり、所要径よりか
なり大で整径伸線時に大きな減径を行ない加工硬化が激
しく、圧延以降の工程に支障を来たす場合、または成形
後の伸線による総減面率が高くなる場合がある。このよ
うな場合は必要に応じて整径伸線機２の後に図に示され
ない加熱装置を配置して焼鈍軟化させることができる。
この場合の方法としては例えば高周波加熱など線材が移
動中に加熱できるものであればいかなる装置でも使用で
きる。

また、第１図では溝形に成形した後フラックスを充填
し、管状のワイヤとする方法を例示したが、勿論必要に
応じて合せ目を接合したり、管状に成形後フラックスを
充填し伸線、熱処理、メッキなどの処理を施すこともで
きる。第１図は原線から製品ワイヤまでの一環製造工程
の例を示したが、必要に応じて各工程を分離して製造す
ることも出来る。例えばＣ方向圧延の前、成形の前また
は伸線工程の前などである。勿論Ｃ方向圧延工程を前後
の工程から分離した場合は他工程との速度を調整するた
めの第１図のダンシングロール３は不要となる。

ここで溶接材料用線材とはJIS G 3503被覆アーク溶接
棒心線用線材、JIS Z 3311鋼サブマージアーク溶接材料
のワイヤ用線材、JIS Z 3312炭酸ガスアーク溶接用鋼ワ
イヤ用線材、JIS Z 3321溶接用ステンレス鋼棒およびワ
イヤ用線材など溶接材料用に特に成分を規定した線材を
使用する。

次に本発明で素線径を1.0〜20mmに限定した理由は本
発明に至る過程で最適素線径の範囲を検討した結果、1.
0mm径より小さいと本発明の方法でも帯幅は溝状あるい
は管状に成形した時、過小となり充填フラックスの安定
充填が困難となる。また線材径を20mmより大とすると圧
延後帯幅が広くなりすぎフラックス入りワイヤに成形し
た時の径が大きく、比較的太径の3.2,2.4mmワイヤに仕
上げる場合でも総減面率が過大となり断線や折れが発生
する。そのため本発明では線材径を1.0〜20mmに限定す
る。

さらに、フラックス入りワイヤのさや材として溝形も
しくは管状に成形した内側空所に溶接用フラックスは通
常10〜30wt％の範囲で充填する必要がある。

w/t比が８より小さいと溶接用フラックスを硬化のあ
る程充填できないため、スラグ生成量が不足し、スラグ
がビードを完全に覆わない。また脱酸不足によるピット
などの溶接欠陥が生じるなどフラックス入りワイヤとし
ての性能を維持できない。

w/tが50を越えると、さや材の厚さがワイヤ径に対し
薄くなり伸線中断線、くびれなどを引起す。そのため本
発明では帯材幅ｗと厚さｔの比は の範囲に限定する。本願ではさや材寸法をw/tで限定し
ているが、さや材を管状に成形した後のワイヤ径D₂とさ
や材厚さｔで表現すれば、ｗ＝πD₂から となる。

（実施例） 第１図に示す装置で第１表に示す３種の線材について
目的の帯材寸法に合せて素線径を決定し圧延した。引続
き第２表に示す様に成形し、ルチール系炭酸ガスシール
ドアーク溶接用フラックスを充填し、製品径まで伸線を
行ない各々１トンづつ製造した。その結果、第１表より
従来のＬ方向のみ圧延の比較例No.1では1.6mm径で断線
し、1.2mm径ワイヤはできなかった。また、No.3も伸線
中くびれができ1.6mm径で断線により1.2mmワイヤはでき
なかった。本発明によるNo.4ワイヤはフラックス充填率
が高いため最終径で２回断線したが、No.2,No.5〜７ワ
イヤは全て製品径1.2mmまで断線なしに製造できた。No.
8は充填後、合せ目部を高周波溶接し、シームレス状に
したもので、4.0mm径で１回焼鈍することで1.2mm径まで
仕上げることができた。

またNo.9とNo.10はステンレスフラックス入りワイヤ
の例で、本発明によるワイヤNo.10では帯材までの加工
率が低いため焼鈍回数を１回減らすことができる。

溶接作業性はフラックス充填率の高いNo.3および低い
No.6ワイヤを除き良好で特に有害な欠陥は認められなか
った。

（発明の効果） 以上述べたように本発明では溶接材料用線材をさや材
として使用するため、帯状に圧延する時Ｃ方向の圧延を
１回または２回以上行うことを組合せることにより
（１）素線径を従来のＬ方向のみ圧延より小さく取れる
ため、総圧下率が小さい。また（２）線材長さ方向の中
央部と両端部の加工度の差による歪が少ないため、１回
の圧下率を大きく取れ、圧延回数を少なくでき、成形、
伸線時割れ、断線を少なくできるので効率的に細径ワイ
ヤの製造ができ、成分的にも安定した高品質のフラック
ス入りワイヤの製造が可能となった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を実施するための装置の１例を示す概要
図、第２図は従来法と本発明に組合せたＣ方向圧延時の
圧下率と線材の幅広がり比を示す図、第３図はＣ方向圧
延の１例を示す側面図と正面図である。 １……原線供給スタンド、２……整径伸線機 ３……ダンシングロール ４……素線間けつ送りロール ５……Ｃ方向圧延機 ６……Ｌ方向圧延および成形装置 ７……フラックス供給装置 ８……成形装置 ９……伸線機、10……巻取装置 11……素線、12……Ｃ方向ロール 13……欠円ロール

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−259601（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−179198（ＪＰ，Ａ) 特公 昭50−16746（ＪＰ，Ｂ２) 特公 昭58−3761（ＪＰ，Ｂ２) 特公 昭60−12160（ＪＰ，Ｂ２)

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】直径１〜20mmの溶接材料用線材を多段圧延
   して得られた帯鋼を幅方向に溝形に成形し、その内側に
   溶接用フラックスを充填した後、管状に成形し、目的の
   径まで伸線加工して得られる溶接用フラックス入りワイ
   ヤの製造方法において、前記帯鋼は、素線が所要角だけ
   正逆運動するＣ方向圧延ロールとＣ方向圧延ロールの動
   きに合せて欠円ロールにより間欠的に送入されることに
   より、Ｃ方向圧延ロールの右、左に移動しながら連続的
   に線材の長さ方向と交差する方向に１回以上圧延され、
   最終圧延後の帯鋼の厚さに対する幅の比が下式の範囲で
   あることを特徴とするフラックス入りワイヤの製造方
   法。 ８≦W/t≦50 ここで W:圧延後の帯鋼の幅（mm） t:圧延後の帯鋼の厚さ（mm）
2. 【請求項２】直径１〜20mmの溶接材料用線材を多段圧延
   して得られた帯鋼を幅方向に管状に成形し、その内側空
   所に溶接用フラックスを充填した後、目的の径まで伸線
   加工して得られる溶接用フラックス入りワイヤの製造方
   法において、前記帯鋼は、素線が所要角だけ正逆運動す
   るＣ方向圧延ロールとＣ方向圧延ロールの動きに合せて
   欠円ロールにより間欠的に送入されることにより、Ｃ方
   向圧延ロールの右、左に移動しながら連続的に線材の長
   さ方向と交差する方向に１回以上圧延され、最終圧延後
   の帯鋼の厚さに対する幅の比が下式の範囲であることを
   特徴とするフラックス入りワイヤの製造方法。 ８≦W/t≦50 ここで W:圧延後の帯鋼の幅（mm） t:圧延後の帯鋼の厚さ（mm）